面对深空探测复杂恶劣的通信环境,如何在低信噪比、大动态的恶劣通信条件下实现信号同步是进行深空通信必须面对的难题。低信噪比下易发的通信中断情况导致每次通信链路重建都需重新进行同步、多个未知解调参数估计等信号接收处理,但在低信噪比下很难实现快速解调处理。而大动态的运动状态又使得同步误差参数在短时间内变化剧烈,更难于估计。可以说这两个通信条件对同步技术都有苛刻的要求,而二者兼具的通信环境、相悖的作用效果使得同步技术的实现更加困难。高效编码方式的提出为改善同步系统在低信噪比环境中的工作性能提供了可能,基于译码辅助的同步技术是同步技术未来的发展方向。本文以深空探测为应用背景,以深空通信中火星着陆过程为具体应用实例,选择译码辅助的同步技术作为基本实现方式,针对低信噪比大动态下的接收信号同步过程进行研究。论文通过分析低信噪比和大动态应用需求及其对接收信号的影响,将同步过程分为载波同步、定时同步、帧同步三个部分分别研究。在载波同步部分,为实现大动态同步范围,本文将载波同步分成了粗同步和细同步两个部分。针对粗同步阶段信噪比低、动态范围大的特点,本文提出了一种改进的频域移位平均周期图法,并设计了二次估计过程,实现了预设条件下的载波粗同步;在细同步阶段,本文采用译码辅助的科斯塔斯环法,实现了低信噪比情况下的载波细同步。在定时同步部分,为实现全采样周期的定时同步范围,本文将分区搜索粗定时和迭代定时同步相结合的定时同步方案,首先利用分区搜索的思想将定时偏差缩小至半个符号周期范围内,再利用译码辅助迭代定时同步算法对剩余定时偏差进行细估计。在帧同步部分,本文列举了两种码辅助帧同步算法,并通过仿真和计算对二者的同步性能进行了对比,在兼顾算法性能和实现复杂度基础上,最终选择硬判决帧同步算法作为帧同步部分的实现算法。经过仿真,各部分算法均能达到预期指标,实现在比特信噪比不低于2dB的情况下,系统误码率性能不高于103?。